JPH0976691A

JPH0976691A - 焼成鉛筆芯及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0976691A
Application number: JP7239899A
Authority: JP
Inventors: Hideo Odajima; 英夫小田島
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 1995-09-19
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】筆記描線が純黒で、光沢度が小さく、書き味
に優れ、かつ曲げ強度、曲げ弾性率、フレーク状体質材
の配向度の優れた焼成鉛筆芯及びその製造方法を提供す
る。【解決手段】結合剤炭素化物としての炭素と、体質材
として窒化ホウ素が配合されている焼成鉛筆芯におい
て、Ｘ線回折より求めた窒化ホウ素の押出軸方向の配向
度（π）が０．８５以上で、かつ芯の曲げ弾性率が６０
ＧＰａ以上、曲げ強度が２５０ＭＰａ以上である焼成鉛
筆芯であり、製造方法としては、押出成形時の押出ノズ
ル直上の背面圧力が３００kg／cm²以上で、かつ溶融ス
ラリー化した混練物がノズルを通過する時のせん断速度
が５×１０⁴（１／sec）以上となるように押出成形す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シャープペンシル
用芯に関する。詳しくは、体質材である窒化ホウ素と焼
成時に炭素化する結合材を主材とし、これに気孔形成剤
を配合し、混練、押出成形後高温で熱処理を施す焼成鉛
筆芯に関するもので、芯体中の窒化ホウ素が押出軸方向
に高度に配向し、筆記描線が純黒で光沢度が少なく、か
つ曲げ強度の優れた焼成鉛筆芯及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の木軸鉛筆芯、シャープペンシル用
の芯は、黒鉛、カーボンブラックなどの着色材に、粘
土、天然高分子、合成高分子、ピッチ、アスファルトな
どの結合材を加え、さらに必要に応じて所要の溶剤及び
可塑剤を添加して、これらを混練し、この混練物を線状
体に押出成形した後、９００〜１，２００℃の温度で焼
成し、得られた焼結体の気孔中に油脂類を含浸させて完
成されている。従来の鉛筆芯には、体質材兼着色材とし
て、結晶性潤滑材として機能する黒鉛が一般的に使用さ
れており、その配合や焼成条件などの工程設計によっ
て、書き味や曲げ強度の向上が図られてきた。

【０００３】しかし、黒鉛を主たる着色材として使用し
ているために筆記の際、崩れた摩耗粉が紙面に水平方向
にこすりつけられ、黒鉛結晶のベーサル面が紙面に水平
に並ぶ。このため、描線には黒鉛のベーサル面での光の
反射があり、描線を見る角度によっては判読が困難にな
るとともに、描線色は黒灰色を呈するといった問題があ
った。この描線色をより純黒色に近づけようとする試み
は種々なされているが、カーボンブラックを添加する方
法が主に検討されて来た。

【０００４】カーボンブラックは、ボールペンやサイン
ペンのインキ顔料などに使用されており、その黒さや光
の反射が少ないことは周知である。カーボンブラックは
黒鉛と同じくほぼ炭素のみで構成され、基本的には結晶
子の大きさが数十オングストロームの黒鉛微結晶が球状
に配列した構造の物質であり、潤滑性には劣る。表面に
は比較的多くの官能基を有し、表面活性である。

【０００５】一方、鉛筆芯に使用される黒鉛は天然鱗片
状黒鉛、天然鱗状黒鉛、キッシュ黒鉛などで、結晶子の
大きさが１，０００オングストローム以上の黒鉛結晶子
が層状に積層配位した物質で潤滑性がある。しかも表面
には極く僅かな官能基しか有さず不活性である。黒鉛を
使用する鉛筆芯において、黒鉛の全量をカーボンブラッ
クに置き換えた場合、カーボンブラックの比表面積に対
して、バインダー樹脂が不足した状態となり、曲げ強度
の極端に低い鉛筆芯となる。

【０００６】逆に、カーボンブラックの比表面積に対し
て適正なバインダー樹脂量で鉛筆芯を作ると、カーボン
ブラックが表面活性なため、バインダー樹脂が炭素化す
る際に強固に結合し、潤滑性が無いこともあって、全く
筆記出来ない鉛筆芯となる。黒鉛とカーボンブラックを
併用した場合、カーボンブラックの色相を発現させるた
めには、カーボンブラックを多量に使用しなければなら
ず、カーボンブラック単独で使用した場合と同様な理由
で、極端に曲げ強度の低いものとなってしまう。

【０００７】カーボンブラックの使用量が少ない場合に
は、カーボンブラックの色は発現しないばかりか、板状
の黒鉛粒子の間に球状のカーボンブラックが挟まった構
造となり、粗な組織であるため曲げ強度が発現しない。
さらに曲げ強度が低いにも関わらず、カーボンブラック
がバインダー樹脂の炭素化物と強固に結合するため、濃
度が薄いものとなる。以上の様に、カーボンブラックを
使用して鉛筆芯の筆記描線を純黒色の色相にすることは
困難である。黒鉛のかわりに窒化ホウ素やタルク、マイ
カを用いると、バインダー樹脂の炭素化物の色が発現
し、純黒色を呈することは古くから知られていたが、タ
ルクやマイカは高温で焼成した際に、結晶水が離脱して
粉体の潤滑性を消失し、そのために書き味の劣るものと
なり、実用に耐えない。

【０００８】黒鉛と類似の構造を持ち、潤滑性や耐熱性
に優れた窒化ホウ素を用い、焼成時炭素化して炭素を残
すバインダー樹脂を用いて、炭素化物の黒色を発現させ
る方法は公知である。特公平５−９４７２号公報は、窒
化硼素と炭素化性有機化合物から得られた炭素よりなる
焼結体と、この焼結体の気孔中に充填されているモンタ
ンワックスとから構成された鉛芯である。この鉛芯は専
ら製図用フィルム用の鉛芯を目的とし、曲げ強度、曲げ
弾性率の高い鉛芯を目的としておらず、曲げ強度も１９
６〜２３１ＭＰａであり、黒鉛を使用した芯と比べて、
まだ曲げ強度不足である。

【０００９】特公平５−１０３９７号公報は、同様に窒
化硼素と炭素化性有機化合物から得られた炭素よりなる
焼結体と、この焼結体の気孔中に充填されている粘着物
とから構成され、この粘着物と製図用フィルムとのはく
離強さが５０ｇ／２．５cm以上の鉛芯である。従ってこ
れ又曲げ強度は特公平５−９４７２号公報なみと考えら
れる。

【００１０】また、芯体中の窒化ホウ素の配向状態に着
目した方法も提案されている。特公平１−４９７５０号
公報では、潤滑材として窒化ほう素を主材とする芯にお
いて、芯の押出軸方向に対して垂直にＸ線を照射して得
られるＸ線回折における六方晶窒化ほう素の（００２）
面のピーク高さと（１００）面のピーク高さとの比が４
０以下である低荷重用芯が提案されている。Ｘ線回折か
ら得られる知見と発明の詳細な説明によれば、板状の窒
化ほう素が押出方向にランダムに並び、その結果として
押出軸方向に垂直となる窒化ほう素が増加することを意
味しており、低荷重で筆記するプロッター用芯であり、
本発明とはその思想が全く異なるものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、筆記
描線が純黒で、光沢度が小さく、書き味に優れかつ曲げ
強度、曲げ弾性率、フレーク状体質材の配向度の優れた
焼成鉛筆芯及びその製造方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記の課題
を解決するため鋭意研究を行った結果、芯の曲げ弾性率
及びＸ線回折より求めた芯体中の窒化ホウ素の押出軸方
向の配向度（π）と、芯の強度との間に極めて高い相関
性を有している事を見い出した。体質材として用いる窒
化ホウ素を窒化ホウ素／炭素結合材によって構成される
焼成鉛筆芯において押出軸方向に高度に配向させること
により、高い曲げ弾性率と強度を発現させることが出来
る。

【００１３】焼成鉛筆芯において必要且つ十分な強度を
発現させるためには、芯体中の窒化ホウ素の押出軸方向
の配向度（π）は０．８５以上、好ましくは０．８７以
上であることが望ましく、芯の曲げ弾性率は６０ＧＰａ
以上、好ましくは７０ＧＰａ以上であることが望まし
い。これによって芯の強度を２５０ＭＰａ以上にするこ
とができる。尚、配向度（π）は芯体中の窒化ホウ素の
押出軸方向に対する配向の程度を示すもので、この数値
が１に近いほど配向が進んでいることを意味する。

【００１４】Ｘ線回折は、芯の押出軸方向に対して垂直
にＸ線を照射し、方位角２θを０〜９０゜スキャンし、
六方晶窒化ホウ素の（００２）面の強度分布の最大値を
示す方位角の位置を確認する（約２６〜２７゜近傍）。
次にこの方位角の位置において芯をＸ線ビームの垂直面
内において１８０゜回転することにより、（００２）面
の強度分布をとり、強度最大値の１／２の点における半
価幅（Ｈ）から（１）式により配向度（π）が求められ
る。配向度（π）＝（１８０−Ｈ）／１８０（１）式芯の曲げ弾性率は曲げ強度測定の際の荷重をＰ、支点間
距離をＬ、芯の直径をｄ、歪み量をδ、円周率をπとし
たとき（２）式により求められる。曲げ弾性率＝４ＰＬ³／３πｄ⁴δ （ＧＰａ）（２）式

【００１５】本発明者はこれらの知見をもとに、芯体中
の窒化ホウ素の押出軸方向の配向度（π）を高める具体
的手段として、押出成形時の押出条件に着目し鋭意研究
した結果、押出成形時の押出ノズル直上の背面圧力と、
溶融スラリー化した混練物がノズルを通過した時のせん
断速度を制御することにより、芯体中の窒化ホウ素の押
出軸方向の配向度（π）と曲げ弾性率が高まり、その結
果、筆記描線が純黒で光沢度が少なく、かつ曲げ強度の
優れた焼成芯が得られることを見い出し、本発明を完成
した。

【００１６】すなわち本発明の要旨は次の通りである。
結合剤炭素化物としての炭素と、体質材として窒化ホウ
素が添加、配合されている焼成鉛筆芯において、Ｘ線回
折より求めた窒化ホウ素の押出軸方向の配向度（π）が
０．８５以上で、かつ芯の曲げ弾性率が６０ＧＰａ以
上、曲げ強度が２５０ＭＰａ以上である焼成鉛筆芯であ
り、

【００１７】又、その製造方法としては、体質材である
窒化ホウ素と焼成時に炭素化する結合剤を主材とし、こ
れに気孔形成剤を配合して混練し、押出成形後高温で熱
処理を施す焼成鉛筆芯の製造方法において、押出成形時
の押出ノズル直上の背面圧力が３００kg／cm²以上で、
かつ溶融スラリー化した混練物がノズルを通過する時の
せん断速度が５×１０⁴（１／sec）以上となるように押
出成形することを特徴とする焼成鉛筆芯の製造方法であ
る。

【００１８】次に本発明の製造方法について具体的に説
明する。体質材としての窒化ホウ素に、天然高分子、合
成高分子、ピッチ、アスファルト等の結合材を加え、こ
れに気孔形成剤を配合し、さらに必要に応じて所要の溶
剤及び可塑剤を添加して、これらを混練し、この混練物
を線状体に押出成形する際、押出ノズル直上の背面圧力
が３００kg／cm²以上、好ましくは３５０kg／cm²以上
で、かつ混練温度で溶融する配合物が溶融して、窒化ホ
ウ素のスラリー状となった（これを溶融スラリーと称す
ることにする）混練物がノズルを通過する時のせん断速
度が５×１０⁴（１／sec）以上、好ましくは７×１０⁴
（１／sec）以上となるように押出条件を設定する。押
出条件の制御は、使用する材料の選択、配合の調整など
の他に、押出機のスクリュー形状、押出温度、押出速
度、ノズル径などを任意に組み合わせることによって得
られる。

【００１９】尚、溶融スラリー化した混練物がノズルを
通過する時のせん断速度は、流体Ｑ（cm³／sec）、ノズ
ル半径Ｒ（cm）、円周率をπとしたとき次式により求め
られる。せん断速度＝４Ｑ／πＲ³ （１／sec）（３）式前記の背面圧力及びせん断速度の条件が両方同時に満た
されていなければ、必要且つ十分な曲げ強度を発現させ
ることが出来ない。押出ノズル直上の背面圧力が３００
kg／cm²以上でも、溶融スラリー化した混練物がノズル
を通過する時のせん断速度が５×１０⁴（１／sec）未満
である場合には、芯体中の窒化ホウ素の押出軸方向の配
向度を十分高めることが出来ず、その結果十分な強度が
発現しない。

【００２０】逆にせん断速度が５×１０⁴（１／sec）以
上でも、押出ノズル直上の背面圧力が３００kg／cm²未
満である場合には、十分な強度が発現しない。この条件
の場合は、芯体中の窒化ホウ素の押出軸方向の配向度
（π）は比較的高く、曲げ弾性率も比較的高い物性が得
られるが、十分な強度が発現しない。この理由として
は、押出ノズル直上の背面圧力が低いために混練温度で
溶融する配合物が溶融して、窒化ホウ素のスラリーとな
った混練物に十分な圧縮応力が加えられず、その結果、
芯の横断面組織が緻密な組織とならないために十分な強
度が発現しないものと考えられる。

【００２１】また、同一配合組成物で押出成形時に押出
ノズル径のみを変えて押出成形した場合、ノズル径が小
さいほど強度が高くなる傾向を有する。この理由は、ノ
ズル径が小さくなるほど、押出機のスクリュー径とノズ
ル径の比（ラム比）が大きくなり、その結果、押出ノズ
ル直上の背面圧力が高くなることと、（３）式からも判
るように、ノズル径が小さくなる程、溶融スラリー化し
た混練物がノズルを通過する時のせん断速度が高く設定
できることに依存する。

【００２２】このようにして押出成形によって得られた
線状体を９００〜１２００℃の温度で焼成し、得られた
焼結体の気孔中に油脂類を含浸させることにより本発明
の鉛筆芯を得ることが出来る。

【００２３】本発明に用いられる窒化ホウ素は、平均粒
径５０μｍ以下、好ましくは１〜１０μｍの粒子径のも
のを用いると良い。粒子径が５０μｍ超の場合には十分
な強度が発現せず、また粒子径が１μｍ未満の場合には
体質材の配向が劣り、強度が発現しないばかりでなく硬
度だけが硬くなる傾向を有するので好ましくない。

【００２４】また、本発明に用いられる結合材として
は、塩化ビニル樹脂、塩素化塩化ビニル樹脂、ポリビニ
ルアルコールなどの熱可塑性樹脂、フラン樹脂、フェノ
ール樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、リグニ
ン、セルロース、トラガントガムなどの天然高分子物
質、石油アスファルト、コールタールピッチ、ナフサ分
解ピッチ、合成樹脂の乾留ピッチなどのピッチ類から選
択される一種または二種以上を用いると良い。

【００２５】本発明の鉛筆芯の書き味は、窒化ホウ素の
滑り良さに依存するだけでなく、鉛筆芯の中に存在する
気孔が微妙に書き味を左右するものである。そこで、結
合材、可塑剤等の分解による気孔ばかりでなく、気孔率
や気孔分布を人為的に調整するため、必要に応じて気孔
形成剤を配分、分散させても良い。気孔形成剤として
は、アントラキノン、フマール酸、イソフタール酸等の
昇華性有機化合物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リテトラフルオロエチレン等の解重合型高分子物質の一
種又は二種以上を必要に応じて添加してもよい。

【００２６】さらには、高せん断力を加えて行う混練時
の特性向上及び／または押出成形の特性の向上の目的
で、ＤＯＰ，ＤＢＰ，ＴＣＰ，ＤＯＡ，ＤＡＰ，プロピ
レンカーボネート、アルコール類、ケトン類、エステル
類などの可塑剤または溶剤の一種または二種以上を、必
要に応じて添加しても良い。

【００２７】

【実施例】次に本発明を実施例により、さらに具体的に
説明するが、本発明はこの実施例によって何等限定され
るものではない。

【００２８】（実施例１〜３，比較例１）（重量部）窒化ホウ素粉末（平均粒径３μｍ）５０部ポリ塩化ビニル５０部ステアリン酸塩３部ジオクチルフタレート２０部上記材料をヘンシェルミキサーで混合分散し、加圧ニー
ダー、二本ロールで混練した後、スクリュー式押出機に
呼び径０．５φ用の押出ノズルを装着し、押出温度を１
００℃に設定し、４通りのせん断速度が得られるように
スクリュー回転数を随時変化させ線状体に押出成形した
後、これから残留する可塑剤を除去すべく空気中で１８
０℃にて１０時間熱処理して固化して、しかるのち窒素
雰囲気中にて３００℃迄は１０℃／Ｈｒ、３００℃から
１０００℃迄は３０℃／Ｈｒで昇温させ、１０００℃に
て１時間焼成し、最後にアルファーオレフィンオリゴマ
ー（ライオン（株）製、リポルーブ２０）中に浸漬して
油浸させて直径０．５７０mmのシャープペンシル用芯を
それぞれ得た。

【００２９】（実施例４〜６，比較例２）実施例１〜３
と同一の配合で、スクリュー式押出機に呼び径０．３φ
用の押出ノズルを装着し、押出温度を１００℃に設定
し、４通りのせん断速度が得られるようにスクリュー回
転数を随時変化させ線状体に押出成形した以外、同様の
工程を経て、直径０．３８０mmのシャープペンシル用芯
をそれぞれ得た。

【００３０】（比較例３〜６）実施例１〜３と同一の配
合で、押出温度を１２５℃に設定し、４通りのせん断速
度が得られるようにスクリュー回転数を随時変化させ線
状体に押出成形した以外、同様の工程を経て、直径０．
５７０mmのシャープペンシル用芯をそれぞれ得た。

【００３１】（比較例７）実施例１の窒化ホウ素を平均
粒径７μｍの天然鱗状黒鉛粉末に置き換えた以外、実施
例１と同一の配合で、同一の押出条件で線状体に押出成
形し、同様の工程を経て、直径０．５７０mmのシャープ
ペンシル用芯を得た。

【００３２】前記により製造した実施例１〜６、比較例
１〜７について、押出成形時の背面圧力および（３）式
より得られるせん断速度を測定し、得られた芯について
は、（２）式から求められる曲げ弾性率、及びＸ線回折
より（１）式から求められる配向度（π）をそれぞれ試
験し、さらにＪＩＳＳ６００５に準拠して、曲げ強度
（ＭＰａ）を試験した。また光沢度は上質紙に３cm四方
に手塗りで左右方向、上下方向に紙面が均一に塗りつぶ
されるよう反復して塗りつぶして作成した試験片をスガ
試験機製光沢度計ＵＧＶ−５Ｄを用いて４５゜の角度で
試験した。その結果を次の表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【発明の効果】実施例の結果より明らかなように、本発
明による、押出成形時の押出ノズル直上の背面圧力が３
００kg／cm²以上で、かつ溶融スラリー化した混練物が
ノズルを通過する時のせん断速度が５×１０⁴（１／se
c）以上になるように押出条件を制御して得られた焼成
鉛筆芯は、Ｘ線回折より求めた窒化ホウ素の押出軸方向
の配向度(π)が０．８５以上で、かつ芯の曲げ弾性率が
６０ＧＰａ以上で、曲げ強度が２５０ＭＰａ以上である
焼成鉛筆芯であり、従来黒鉛を用いなければ得られなか
った曲げ強度を有し、なおかつ筆記描線が純黒で、光沢
度が小さく、なめらかな書き味を与える理想的な鉛筆芯
を得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結合剤炭素化物としての炭素と、体質材
として窒化ホウ素が添加、配合されている焼成鉛筆芯に
おいて、Ｘ線回折より求めた窒化ホウ素の押出軸方向の
配向度（π）が０．８５以上で、かつ芯の曲げ弾性率が
６０ＧＰａ以上、曲げ強度が２５０ＭＰａ以上である焼
成鉛筆芯。
【請求項２】体質材である窒化ホウ素と焼成時に炭素
化する結合剤を主材とし、これに気孔形成剤を配合して
混練し、押出成形後高温で熱処理を施す焼成鉛筆芯の製
造方法において、押出成形時の押出ノズル直上の背面圧
力が３００kg／cm²以上で、かつ溶融スラリー化した混
練物がノズルを通過する時のせん断速度が５×１０
⁴（１／sec）以上となるように押出成形することを特徴
とする焼成鉛筆芯の製造方法。